Горенский Б.М., Кирякова О.В., Даныкина Г.Б. Информационные технологии в металлургии. Лабораторный практикум

Подождите немного. Документ загружается.

раметров без учета случайной составляющей изменения тока электрода); с

учетом флуктуации (такая модель позволяет рассчитать значения управляе-

мых параметров с учетом случайной составляющей изменения тока нагрузки

электрода, которая является комплексной оценкой состояния процесса и по-

зволяет не только качественно, но и количественно оценить состояние рас-

плава в ванне РТП).

При нажатии клавиши «технология» на экран выводится описание тех-

нологического процесса, приводятся диапазоны изменения основных техно-

логических параметров и дается анализ влияния основных управляющих воз-

действий на основные технологические параметры, характеризующие эффек-

тивность процесса.

Клавиша «таймер» позволяет выбрать режим реального времени (1);

ускорение времени в 2, 5, 10, 20, 40. 50. 60. 90, 170, 240, 300 раз. Ускорение

времени предполагает, что процесс, который идет на реальном агрегате 1 час,

при ускорении времени в 60 раз можно просмотреть за 1 минуту.

Клавишей «старт» производится запуск программы в работу.

Клавиша «пауза» позволяет остановить ход технологического процес-

са, имитируемого на модели на любое время. При этом в данном режиме тех-

нологический процесс не идет, и студент может проанализировать ситуацию

на объекте

Клавиша «стоп» позволяет остановить ход технологического процесса.

Нажатием клавиши «выход» производится окончание процесса работы

на компьютере и выход в исходное меню программы.

При нажатии на клавиши «состав шихты» открывается окно, которое

позволяет регулировать поочередно подачу шихты, т/ч, по следующим ос-

новным параметрам: агломерат G

а?

уголь G

, кремнезем G

SiO2

, конвертерный

штейн С

кш

. Для регулирования любой из приведенных составляющих следует

подвести курсор к составляющей, которую необходимо регулировать, и, из-

меняя значение параметра, добиться необходимого значения загружаемой

шихты. Если значение какого-либо параметра в процессе управления не ре-

гулируется, то остается предыдущее значение управляемого параметра.

При нажатии клавиши «охлаждение кессонов» можно регулировать па-

раметры воды, прокачиваемой через кессоны: расход G

, м

/ч. температуру

С.

При нажатии клавиши «электрические параметры электропечи» в окне

появляются следующие параметры, характеризующие электрический режим

электропечи: мощность Р, вводимая в электропечь, мВт; напряжение U, по-

даваемое на электроды, В; ток нагрузки электрода I, кА; заглубление элек-

тродов h

, мм. Регулирование электрических параметров производится анало-

гично регулированию загрузки шихты по отдельным составляющим.

При нажатии клавиши «штейн» на экране монитора появляется окно, в

котором можно выбрать один из следующих режимов работы:

 начать выпуск штейна (при этом на экране начинает пульсировать

штейновая лента, характеризующая выпуск штейна). Выпуск штейна осуще-

ствляется при ускорении 100;

 окончить выпуск штейна (при нажатии этой клавиши выпуск штейна

прекращается, автоматически выпуск штейна прекращается при наполнении

ковша);

 экспресс-анализ химического состава штейна (в окне с запаздыванием,

необходимым для экспресс-анализа, высвечивается значение основных эле-

ментов, характеризующих химический состав штейна);

 полный химический анализ (при химическом анализе по всем элемен-

там в окне высвечивается с запаздыванием, аналогично заводскому, полный

химический анализ состава штейна).

При нажатии клавиши «выпуск шлака» на экране монитора появляется

окно, которое позволяет выбрать один из режимов работы:

 начать выпуск шлака (в данном режиме на экране начинает пульсиро-

вать шлаковая лента, характеризующая выпуск шлака). Выпуск шлака осу-

ществляется при ускорении 100;

 окончить выпуск шлака (при нажатии этой клавиши выпуск шлака

прекращается);

 экспресс-анализ химического состава шлака (в окне с запаздыванием,

необходимым для экспресс-анализа, высвечивается значение основных эле-

ментов, характеризующих химический состав шлака);

 полный химический анализ состава шлака (в окне высвечивается с за-

паздыванием, аналогичным заводскому, полный химический анализ состава

выпускаемого шлака).

Клавиша «выход» позволяет закрыть любое текущее диалоговое окно.

После закрытия окна можно приступить к выполнению любой другой функ-

циональной операции.

Клавишей Δ можно увеличить до необходимого уровня значение любо-

го регулируемого параметра.

Клавишей  можно уменьшить до необходимого уровня значение лю-

бою регулируемого параметра.

На экране дисплея приведены значения основных параметров, по кото-

рым можно оценить режим работы электропечи. На щите оператора приве-

дены электрические параметры, параметры, характеризующие тепловой ре-

жим, загрузку шихты и количество выбрасываемого в атмосферу газа.

Лабораторная работа № 4.1

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОСНОВНЫХ УПРАВЛЯЮЩИХ

ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ РТП

Производительность является одним из основных параметров, характе-

ризующих эффективность РТП. Высокая производительность является по-

казателем оптимального выбора режима работы, поэтому при исследовании

влияния основных управляющих воздействий на производительность РТП,

необходимо оценить, какой из управляющих параметров оказывает наиболь-

шее влияние на производительность, как влияет постоянная времени по раз-

личным каналам управления, и какое влияние оказывает на производитель-

ность химический состав загружаемых материалов.

Производительность РТП можно оценивать как по количеству перера-

батываемой шихты, так и по количеству полученного штейна. Производи-

тельность РТП характеризуется уравнением материального баланса (11) и

очень сильно зависит от вводимой в электропечь мощности. При исследова-

нии зависимости производительности от основных управляющих параметров

необходимо выбрать такие значения управляющих параметров, которые по-

зволят получить максимально возможное значение производительности для

данных условий. В данной работе исследуется зависимость производитель-

ности по количеству перерабатываемой шихты от основных управляющих

воздействий. Тренажер также позволяет исследовать зависимости произво-

дительности по количеству полученного штейна и шлака от основных управ-

ляющих воздействий.

Последовательность выполнения работы

1. Ознакомиться с процессом плавки медно-никелевого сырья в РТП.

2. Выбрать один из возможных режимов работы тренажера (обучение,

контроль, управление).

3. Выбрать управляемый параметр.

4. Установить временную задержку.

5. Выбрать тип модели (с прогнозом или без прогноза).

6. Установить ускорение таймера.

7. Установить первоначальные значения параметров (по заданию пре-

подавателя).

8. Начать процесс плавки, используя клавишу «старт». При этом в окне

«время процесса» начинается отсчет времени.

9. Используя управляющие воздействия, добиться оптимального значе-

ния регулируемого параметра (по графику). При управлении процессом не-

обходимо следить за основными параметрами, характеризующими процесс

электроплавки. В случае выхода контролируемых параметров за допустимые

пределы необходимо принять меры к ликвидации аварийной или нештатной

ситуации. В случае превышения максимального уровня шлака или штейна

следует выпустить шлак или штейн.

10. По окончании процесса (время регулирования устанавливается рав-

ным 24 часа) на экране дисплея появляется надпись «Процесс окончен», вы-

водятся ошибки, допущенные при обучении или сдаче экзаменов, и выстав-

ляется оценка.

Таблица 4.1 – Начальные значения параметров РТП

Значения управляющих параметров

Номер

варианта

Р U

h G

ОГ

SiO2

кш

45 410

445 450 51 13,3 3 9 81 20 2,79

44 440

465 450 51 13.3 3 9 76 22 2,79

48 420

480 420 55 12.7 2 7 74 25 2,82

38 490 350 465 40 9.2 2 4 95 19 1,85

5 47 460 400 810 41 10 2 9 103 17 2,85

6 34 400 250 450 46 6 1 11 80 21 2,8

7 43 490 430 840 46 13.3 4 9 78 23 2,13

8 42 490 410 270 46 16.7 3 14 91 18 2,85

Контрольные вопросы и задания

1. Как влияет на производительность количество загружаемого агломе-

рата, кремнезема?

2. Как влияет на производительность количество конвертерного шлака

и количество загружаемого угля?

3. Каким образом можно определить производительность РТП по

штейну и шлаку?

4. Как влияет на производительность химический состав шлака?

5. Составьте уравнение материального баланса и поясните, каким обра-

зом с его помощью можно определить производительность РТП по шихте и

штейну.

6. Какие факторы влияют на уменьшение производительности РТП?

7. Как влияет на производительность количество воды, прокачиваемой

через кессоны?

8. Влияет ли на производительность начальное состояние процесса в

РТП?

9. Какой из каналов управления имеет меньшую постоянную времени,

чем это объясняется?

10. Какие параметры, характеризующие качество управления, можно

определить по полученной кривой?

11. Какое управление использовано (с оптимизацией или стабилизаци-

ей качества)?

12. Как связана производительность с другими параметрами, характе-

ризующими эффективность работы РТП?

13. При управлении производительностью использована однокритери-

альная или многокритериальная оптимизация?

14. Можно ли по графику регулируемого параметра определить слу-

чайные возмущения, которые влияют на производительность?

Лабораторная работа № 4.2

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОСНОВНЫХ УПРАВЛЯЮЩИХ ВОЗ-

ДЕЙСТВИЙ НА ПОТЕРИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ С ОТВАЛЬНЫМИ

ШЛАКАМИ

Эффективность работы РТП во многом определяется потерями цвет-

ных металлов с отвальными шлаками. Минимизация потерь цветных метал-

лов с отвальными шлаками повышает извлечение цветных металлов из руд и

позволяет снизить удельную себестоимость производства цветных металлов.

Как сказано выше, потери цветных металлов с отвальными шлаками могут

быть как физические, так и механические. Анализ технологического процес-

са показывает, что как на физические, так и на механические потери цветных

металлов влияет режим работы РТП. Поэтому на практике представляет ин-

терес исследование влияния основных управляющих воздействий и режимов

на потери цветных металлов с отвальными шлаками. При этом актуальным

является исследование потерь никеля, меди и кобальта с отвальными шлака-

ми.

Потери цветных металлов с отвальными шлаками оцениваются по со-

держанию цветных металлов в шлаке, измеряются в процентах и характери-

зуют количество цветных металлов в отвальном шлаке. Исследование влия-

ния основных управляющих воздействий на потери цветных металлов с от-

вальными шлаками предполагает получение навыков оптимального управле-

ния процессом плавки с позиции минимизации потерь цветных металлов.

При этом практический интерес представляет исследование влияния химиче-

ского состава шлака на потери цветных металлов путем регулирования пода-

чи составляющих компонентов шихты, загружаемых в электропечь. Важное

значение имеет исследование влияния энергетического режима на потери

цветных металлов.

Последовательность выполнения работы

1. Выбирают режим работы;

2. Выбирают управляемый параметр (потери никеля, меди, кобальта –

по заданию преподавателя);

3. Устанавливают величину задержки (по заданию преподавателя);

4. Выбирают тип модели (по заданию преподавателя);

5. Устанавливают режим времени, в котором работает тренажер (уско-

рение реального времени);

6. Устанавливают в соответствии с заданием преподавателя начальные

условия работы тренажера (таблица 4.1);

7. Выбирают самостоятельно или по заданию преподавателя управ-

ляющие воздействия;

8. Запускают программу в работу нажатием на клавишу «пуск»;

9. Выполнение программы заканчивают при истечении 24 часов или

при нажатии клавиши «стоп», «пауза» или при условии достижения мини-

мального значения потерь цветных металлов;

10. Производят анализ полученных результатов.

Контрольные вопросы и задания

1. Поясните, чем обусловлен характер физических потерь цветных ме-

таллов.

2. Поясните, чем обусловлены механические потери цветных металлов.

3. Как определяются потери цветных металлов?

4. Как влияет на потери цветных металлов химический состав шлака?

5. Как влияет на потери цветных металлов загрузка шихты?

6. Чем обусловлено влияние на потери цветных металлов энергетиче-

ского режима РТП?

7. Составьте уравнение материального баланса и с его помощью пояс-

ните влияние количества и химического состава загружаемой шихты на по-

тери.

8. Какой из каналов управления имеет меньшую постоянную времени

влияния на потери? Чем это объясняется?

9. Как влияет на потери начальное состояние процесса?

10. Можно ли при управлении потерями использовать управление с оп-

тимизацией качества управления. Если это возможно, то поясните на приме-

рах.

11. Можно ли при управлении потерями цветных металлов использо-

вать управление со стабилизацией качества управления? Поясните его сущ-

ность, если это возможно.

12. Какая оптимизация (однокритериальная или многокритериальная)

используется при управлении потерями цветных металлов?

13. Можно ли по кривой регулирования определить случайные возму-

щения, воздействующие на процесс?

14. Какие параметры, характеризующие качество регулирования, мож-

но определить по кривой, полученной в результате управления?

15. Какие навыки управления можно отработать на тренажере?

Лабораторная работа № 4.3

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОСНОВНЫХ УПРАВЛЯЮЩИХ

ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ВЫБРОСЫ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ

В последнее время уделяется очень серьезное внимание экологии во-

обще и чистоте воздушного бассейна крупных промышленных районов в ча-

стности. При анализе экологической обстановки рассматриваются как вы-

бросы газообразных веществ в атмосферу, так и выбросы пыли. Особое вни-

мание при этом обращается на выбрось; наиболее токсичных элементов. При

электроплавке сульфидных руд к токсичным газам относят диоксид серы

, SO

, диоксид углерода СО

и некоторые другие сопутствующие газы.

Наибольший удельный вес среди токсичных газов при электроплавке суль-

фидных руд занимают SO

и SO

. Наличие этих газов приводит к образова-

нию серной кислоты и, как следствие, к выпадению кислотных дождей.

Следовательно, одной из актуальных задач совершенствования техно-

логического процесса электроплавки является снижение выбросов вредных

веществ в атмосферу.

Для уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу могут ис-

пользовать как совершенствование систем газоочистки, так и оптимизацию

технологического режима с целью уменьшения выбросов вредных веществ в

атмосферу.

Первый способ является эффективным, однако его реализация требует

значительных капитальных затрат и сопряжена с большими затратами вре-

мени на строительство и реконструкцию очистных сооружений. Второй спо-

соб не требует дополнительных капитальных затрат на строительство очист-

ных сооружений, занимает гораздо меньше времени на его реализацию и со-

пряжен с упорядочением технологического процесса за счет выбора опти-

мального режима, позволяющего достичь минимального количества выбра-

сываемых в атмосферу вредных веществ. Здесь рассматривается как общее

количество выбрасываемого в атмосферу газа, так и количество выбрасывае-

мого в атмосферу диоксида серы. Количество выбрасываемого в атмосферу

диоксида серы рассчитано по уравнениям физико-химических превращений,

протекающих в ванне электропечи. Количество выбрасываемого в атмосферу

диоксида серы и суммарное количество выбрасываемого в атмосферу газа за-

висит от влияния основных управяющих воздействий. Данная работа позво-

ляет оценить влияние изменения основных управляющих воздействий на вы-

бросы газа без учета работы газоочистных сооружений.

Последовательность выполнения работы

1. Выбирают режим работы тренажера;

2. Выбирают регулируемый параметр (общее количество газа, количе-

ство диоксида серы и т.д.);

3. Устанавливают временную задержку (по заданию преподавателя);

4. Выбирают тип модели;

5. Устанавливают режим времени, в котором работает тренажер (уско-

рение реального времени);

6. Устанавливают, по заданию преподавателя, начальный режим рабо-

ты тренажера (таблица 1);

7. Выбирают самостоятельно или по заданию преподавателя управ-

ляющие воздействия;

8. Запускают программу в работу нажатием на клавишу «пуск»;

9. Выполнение программы заканчивают при истечении 24 часов или

при нажатии клавиши «стоп», «пауза» или при условии достижения выбро-

сов газа минимального значения;

10. Производят анализ полученных результатов.

Контрольные вопросы и задания

1. Поясните, какие компоненты шихты оказывают определяющее влия-

ние на выбросы оксида серы в атмосферу?

2. Какое влияние оказывает на выбросы вредных веществ в атмосферу

количество загружаемой шихты?

3. Какое влияние на выбросы вредных веществ в атмосферу оказывает

энергетический режим?

4. Составьте уравнение материального баланса и с его помощью пояс-

ните влияние химического состава загружаемой шихты на выброс газа.

5. Какой из каналов управления имеет меньшую постоянную времени

влияния на выброс газа?

6. Как влияет на выбросы газа начальный состав процесса?

7. Можно ли при управлении выбросами газа в атмосферу использовать

управление со стабилизацией качества управления? Поясните на примере,

если это возможно.

8. Можно ли при управлении выбросами газа в атмосферу использовать

управление с оптимизацией качества управления? Если это возможно, пояс-

ните на примере.

9. Какую оптимизацию (однокритериальную или многокритериальную)

используют при управлении выбросами газов?

10. При исследовании выбросов газов в атмосферу используются мето-

ды условной или безусловной оптимизации?

11. Поясните, в чем заключается сущность метода Гаусса – Зейделя при

оптимизации выбросов газа в атмосферу.

12. Поясните, какие факторы влияют на выбросы газа в атмосферу.

13. Приведите способы уменьшения выбросов газов в атмосферу и дай-

те их сравнительный анализ.

14. Приведите уравнение физико-химических превращений, используя

которое можно оценить выбросы газа в атмосферу.

Лабораторная работа № 4.4

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОСНОВНЫХ УПРАВЛЯЮЩИХ ВОЗ-

ДЕЙСТВИЙ НА УДЕЛЬНЫЙ РАСХОД ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Энергетические затраты составляют значительную часть в себестоимо-

сти единицы продукции при электроплавке сульфидных руд в РТП. Основ-

ным показателем энергетических затрат является удельный расход электро-

энергии на одну тонну шихты или штейна. Уменьшение удельного расхода

электроэнергии при прочих равных условиях приводит к снижению себе-

стоимости продукции в целом.

На удельный расход электроэнергии влияет как энергетический режим,

так и загрузка шихты. По величине удельного расхода электроэнергии можно

судить об эффективности использования электроэнергии при электроплавке

и о правильности выбранного технологического режима. Данная работа по-

зволяет исследовать влияние основных управляющих воздействий и выбрать

оптимальный режим работы РТП. При исследовании удельного расхода

электроэнергии управление необходимо осуществлять таким образом, чтобы

снижение удельного расхода электроэнергии не привело к возникновению

аварийного режима, что возможно как при повышении, так и при снижении

температуры относительно допустимого технологического диапазона. При

исследовании зависимости удельного расхода электроэнергии от основных

управляющих воздействий необходимо выяснить, какие факторы оказывают

определяющее влияние на удельный расход электроэнергии и какие управ-

ляющие воздействия являются наиболее эффективными.

Последовательность выполнения работы

1. Выбирают режим работы тренажера;

2. Выбирают регулируемый параметр;

3. Устанавливают временную задержку (по заданию преподавателя);

4. Выбирают тип модели (по заданию преподавателя);

5. Устанавливают режим времени, в котором работает тренажер (уско-

рение реального времени);

6. Устанавливают, по заданию преподавателя, начальный режим рабо-

ты тренажера (таблица 4.1);

7. Выбирают самостоятельно или по заданию преподавателя управ-

ляющие воздействия;

8. Запускают программу в работу нажатием на клавишу «пуск»;

9. Выполнение программы заканчивают при истечении 24 часов или

при нажатии клавиши «стоп», «пауза», или при условии достижения мини-

мального удельного расхода электроэнергии;

10. Производят анализ полученных результатов.

Контрольные вопросы и задания

1. Как измеряется удельный расход электроэнергии, какие факторы на

него влияют?

2. Связаны ли удельный расход электроэнергии и качество продукции?

3. Составьте уравнение теплового баланса и с его помощью поясните,

какие факторы влияют на удельный расход электроэнергии.

4. Как влияют на удельный расход электроэнергии начальные усло-

вия?

5. Можно ли использовать при управлении удельным расходом управ-

ление со стабилизацией качества? Если возможно, поясните, как это можно

реализовать.

6. Можно ли использовать при управлении удельным расходом управ-

ление с оптимизацией качества? Если возможно поясните это.

7. Какие параметры, характеризующие качество регулирования, можно

определить по кривой, полученной в результате управления?

8. Влияет ли на удельный расход электроэнергии состав загружаемой

шихты?

9. Связаны ли удельный расход электроэнергии и качество продукции?

10. Можно ли при управлении удельным расходом электроэнергии ис-

пользовать адаптивное управление? Если можно, то поясните его сущность.

Лабораторная работа № 4.5

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОСНОВНЫХ УПРАВЛЯЮЩИХ ВОЗ-

ДЕЙСТВИЙ НА ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ РТП

В отличие от рассмотренных ранее параметров, температура расплава

не относится к параметрам, характеризующим технико-экономические пока-

затели работы РТП. Однако температурный режим оказывает определяющее

влияние на технико-экономические показатели работы электропечи. Откло-

нение температуры от оптимального значения приводит к ухудшению всех

остальных показателей.

Температура расплава шлака зависит от многих факторов и определя-

ется как приходом тепла от электроэнергии и сгорания серы, так и расходом

тепла, связанного с потерями через стенки и свод печи и потерями тепла с

отходящими газами, выпускаемым штейном и шлаком. При исследовании

влияния основных управляющих воздействий на тепловой режим РТП необ-

ходимо выбрать такие значения управляющих параметров, которые позволят

получить оптимальное значение температуры расплава.